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劉平研究員團隊揭示運動通過本體感覺調控線蟲嗅覺學習

時間: 2023-08-11信息來源:基礎醫(yī)學院 點擊:



2023727日,,Nature Communications雜志在線發(fā)表了華中科技大學同濟醫(yī)學院基礎醫(yī)學院病理生理學系劉平研究員團隊“運動通過本體感覺調控線蟲嗅覺學習”(Locomotion modulates olfactory learningthrough proprioception in C. elegans)的最新研究成果,。

運動對大腦功能具有顯著影響,,包括學習與記憶能力。在人類中,,運動與兒童的學習能力正相關,短期劇烈運動能即時提高人的學習能力,。在小鼠中,,運動增強大腦皮層、海馬和小腦的神經元活性,,還能以速度依賴的方式促進聯想學習,。另外,運動還可以減少老年人發(fā)生神經退行性疾病的風險,,甚至逆轉神經退行性疾病病人和動物模型的認知功能衰退。這些研究都表明運動對學習具有保守的促進作用,,但連接運動與學習的神經機制目前還不清楚,。

目前主要發(fā)現神經營養(yǎng)因子和肌細胞因子參與介導了運動對大腦功能的慢性改善作用,但運動發(fā)揮急性作用的神經機制仍一無所知,。本體感覺是優(yōu)秀的候選者,,因為它可以感覺運動速度和肌肉伸縮,并將這些信息即時傳入中樞神經系統(tǒng),。比如在哺乳動物中,,本體感覺信號可以通過脊髓小腦束和背索-內側丘系通路分別到達小腦和大腦;在昆蟲中,,本體感覺軸突可投射進入中樞神經系統(tǒng)傳遞本體感覺信號,。

學習是動物神經系統(tǒng)的普遍功能,具有簡單神經系統(tǒng)的模式動物,,如秀麗隱桿線蟲等,,是研究其神經環(huán)路和突觸機制的常用模型。線蟲僅有302 個神經元,,但表現多種學習行為,。例如,線蟲以細菌為食物,,成年線蟲天生喜歡致病性銅綠假單胞菌PA14 的氣味,,但在攝食PA14 數小時后就能學會躲避這種致病菌的氣味。PA14 嗅覺學習所依賴的主要神經元已經研究的比較清楚,。不過,,與哺乳動物通過肌梭和高爾基肌腱器感覺肌肉伸縮而產生本體感覺不同,線蟲運動神經環(huán)路中缺少專門的本體感覺神經元,。

在本課題中,,團隊以線蟲簡單嗅覺學習為模型,通過定量分析運動速度與嗅覺學習的關系,,發(fā)現運動以速度依賴的方式增強嗅覺學習,。進一步利用研究清晰的線蟲感覺運動神經環(huán)路,,通過電生理、鈣成像,、分子遺傳,、光遺傳、化學遺傳和線蟲行為分析等技術,,發(fā)現線蟲運動神經元表達機械力敏感通道,,具有本體感受器的功能。因此,,運動可以激活這些神經元,,并將由此產生的本體感覺信息傳入上游負責加工處理嗅覺感覺信息的中間神經元,調控其經驗依賴性神經元活性和功能性耦合,,從而產生對嗅覺學習的調控作用,。本研究從分子、細胞,、環(huán)路和動物行為水平,,以單細胞分辨率揭示了本體感覺具有調控動物學習的功能及其精細作用機制。

華中科技大學同濟醫(yī)學院基礎醫(yī)學院病理生理學系劉平研究員和美國康州大學醫(yī)學院神經科學系Zhao-Wen Wang教授為該論文的通訊作者,,病理生理學系博士研究生展旭和協和醫(yī)院骨科陳超為該論文的共同第一作者,。該研究工作得到了國家自然科學基金面上項目和華中科技大學自主創(chuàng)新基金的支持。

 

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